吸引眼球的磁測量工具

　　磁場(chǎng)的測量需要專(zhuān)用的傳感器和物理與電子知識。你可以使用多種儀器，包括高斯計、特斯拉計、磁通表和磁力計，這些設備的價(jià)格可以很便宜，也可能高達數十萬(wàn)美元?？纯茨姆N傳感器能適合您的應用。

　　提示
　　* 所有的磁力計測量的都是 B 場(chǎng)，而不是 H 場(chǎng)。
　　* 用不同傳感器測量交流和直流場(chǎng)。
　　* 有些儀器只能作單軸測量。
　　* 霍爾效應傳感器具有多功能和良好的分辨率，但它們會(huì )隨時(shí)間和溫度而漂移。
　　* 儀器可以很便宜，也可能高達數十萬(wàn)美元。

　　早先海員曾使用天然磁石（磁化的磁鐵礦）來(lái)探測地球的磁場(chǎng)，這是最早的磁場(chǎng)測量方法之一。今天，數千種的應用都要用到測量磁場(chǎng)。儀器測量的都是 B 場(chǎng)，工程師把它叫做磁通密度，而物理學(xué)家則把它叫做磁場(chǎng)。按照美國物理家兼諾貝爾獎獲得者 Melvin Schwartz 的說(shuō)法：“習慣上稱(chēng) B 為磁感，而 H 為磁場(chǎng)強度。我們反對這種習慣，因為 B 是真實(shí)的原始磁場(chǎng)，而 H 是人為的附屬概念?！保▍⒖嘉墨I 1）

　　AlphaLab 電磁儀器公司是一家診斷與實(shí)驗室產(chǎn)品供應商，其所有人 Bill Lee 博士說(shuō)：“磁力計無(wú)法區別出磁場(chǎng)間的這種人為的區別，即哪個(gè)是由線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，哪個(gè)是線(xiàn)圈再加上內部電流循環(huán)，例如線(xiàn)圈內的鋼片產(chǎn)生的總磁通密度。鋼片中旋轉的電子會(huì )產(chǎn)生磁場(chǎng)。任何一種磁力計測量的都是總磁通密度，它無(wú)法區別出線(xiàn)圈產(chǎn)生的量和鐵芯產(chǎn)生的量?！贝艌?chǎng)測量的另一個(gè)基礎問(wèn)題是測量的到底是直流場(chǎng)還是交流場(chǎng)，還有，你是只在一個(gè)軸上測量，還是同時(shí)測量多個(gè)軸。

　　從醫用到軍用

　　磁場(chǎng)測量有很多應用。例如，汽車(chē)中的傳感器利用地球磁場(chǎng)來(lái)幫助導航，而路線(xiàn)傳感器則檢測旁邊通過(guò)汽車(chē)的磁性標記，確定汽車(chē)的類(lèi)型及方向（參考文獻 2 和圖 1）。在其它應用中，地質(zhì)學(xué)者和地球科學(xué)研究人員可以通過(guò)精確繪制的磁場(chǎng)，探測鐵礦和其它礦產(chǎn)異常。地質(zhì)學(xué)者通過(guò)探測巖石中經(jīng)年累積的隱蔽磁場(chǎng)，可以追蹤到地球磁場(chǎng)的變化點(diǎn)或多次的反轉（參考文獻 3 和圖 2）。有些地質(zhì)學(xué)探測采用的是一種磁通計，它是連接到積分器上的一個(gè)簡(jiǎn)單的感應傳感器。當研究人員將磁性材料穿過(guò)磁通計并通過(guò)線(xiàn)圈時(shí)，儀器中的積分器計算出直流電場(chǎng)。

　　磁場(chǎng)測量有一種重要的軍事用途，那就是探測潛艇。例如，Orion P3C 軍用反潛機有一個(gè)長(cháng)長(cháng)的尾梁，裝有遠離引擎和其它干擾源的磁力計。磁場(chǎng)測量的其它軍事應用還包括在開(kāi)發(fā)測距引信時(shí)對小口徑炮彈的測量（參考文獻 4）。炮彈內的儀器會(huì )在炮彈穿過(guò)地球磁場(chǎng)時(shí)，計算其旋轉。由于磁力計知道炮管膛線(xiàn)的圈數比，引信電路就可以計算出彈殼通過(guò)的距離，然后在目標點(diǎn)起爆。依靠發(fā)射后時(shí)間延遲的方法沒(méi)有這種方法精確，因為彈丸速度會(huì )隨填充的火藥與槍械情況而變化。

　　在工業(yè)、科學(xué)和醫療領(lǐng)域還有無(wú)數的其它應用。工業(yè)客戶(hù)可能只需核準電機上所用磁鐵的南北極。磁場(chǎng)傳感器供應商 Magnetic Sciences 公司所有人 Paul Elliot 說(shuō)，輸油管安裝公司需要對油管作測量，以確保鋼材料中沒(méi)有殘留的磁場(chǎng)。很多工業(yè)應用都必須測量磁場(chǎng)，以保證磁場(chǎng)強度的穩定，其它工業(yè)應用如驗證船舶集裝箱的輻射磁場(chǎng)是否超過(guò)規定限度。

　　磁場(chǎng)測量的科學(xué)應用包括對磁盤(pán)驅動(dòng)器讀取頭的研究。高強度磁場(chǎng)中的材料行為是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，在研究中，經(jīng)常需要測量常導、室溫和超導磁體產(chǎn)生的高密度磁場(chǎng)。

　　磁場(chǎng)測量在醫療方面的最常見(jiàn)應用之一是校準 MRI（磁共振成像）中的磁場(chǎng)均勻度。在一臺 MRI 機隧道內的磁場(chǎng)均勻度需達百萬(wàn)分之一量級。靈敏的儀器可以在一個(gè)點(diǎn)上測量這種磁場(chǎng)，但更有用的是采用一種排列成弧形的傳感器陣，它由 24 至 32 個(gè)傳感器構成。技術(shù)人員在 MRI 機的隧道內旋轉這些傳感器，使傳感器組在一個(gè)球上掃過(guò)。如果磁場(chǎng)在球面上是均勻的，則球內任何點(diǎn)的均勻度只會(huì )更佳。另外，MRI 周?chē)拇艂鞲衅鲿?huì )屏蔽經(jīng)過(guò)的車(chē)輛或電梯的磁場(chǎng)。傳感器將信號反饋給一只 3D Helmholtz 線(xiàn)圈，該線(xiàn)圈產(chǎn)生一個(gè)近似均勻的磁場(chǎng)區，可保證外部場(chǎng)不會(huì )影響到 MRI 隧道的內部場(chǎng)。

　　醫學(xué)研究的另一個(gè)領(lǐng)域是人類(lèi)對我們周?chē)艌?chǎng)的敏感性。這個(gè)領(lǐng)域的研究有較多的爭論，因為電力線(xiàn)和電動(dòng)汽車(chē)都會(huì )輻射出約 1 mG（毫高斯）的磁場(chǎng)，而地球的磁場(chǎng)是 500 mG。當然，MRI 機器還涉及操作人員健康的問(wèn)題。傳感器分銷(xiāo)商與集成商 GMW Associates 銷(xiāo)售副總裁 Ian J Walker 稱(chēng)，ICNIRP（國際非電離輻射保護委員會(huì )）有關(guān)職業(yè)靜態(tài)磁場(chǎng)的指導意見(jiàn)是：連續暴露的磁場(chǎng)為 200 mT（特斯拉）；短時(shí)間全身為 2000 mT；手臂與腿的暴露為 5000 mT。他說(shuō)：“這些場(chǎng)強都很高，也說(shuō)明了缺乏直流場(chǎng)對生物體作用的證據?！保▍⒖嘉墨I 5）